一種應(yīng)用于無線測量與控制系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器

1.4 鎖相環(huán)頻譜搬移

　　鎖相環(huán)頻譜搬移電路^[7]主要目的是把GMSK低頻信號搬移到高頻段進(jìn)行無線發(fā)射。鎖相環(huán)74HC4046主要由相位比較器(PD)、壓控振蕩器(VCO)、低通濾波器三部分組成，壓控振蕩器的振蕩頻率取決于輸入電壓的幅度。

　　FM調(diào)制與解調(diào)電路各用一個(gè)鎖相環(huán)，只是信號輸入/輸出接法不一樣。FM調(diào)制過程為：FX589輸出的調(diào)制信號直接送到鎖相環(huán)的VCO輸入端第9腳Txo，則VCO第4腳輸出FM調(diào)制信號。該信號的頻率Wvco就是以Wo(壓控振蕩器固有振蕩頻率)為中心，隨Txo信號幅度的變化而變化。而Wo由VCO第6、7腳的電容C25 和第11腳的電阻R8決定，調(diào)節(jié)使其等于發(fā)射信號的中心頻率。VCO輸出的FM調(diào)制信號頻率為：Wvco=Wo+Ao*Txo;其中Ao是增益系數(shù)，Txo是FX589提供的GMSK調(diào)制信號。

　　FM解調(diào)過程為：天線接收到的信號耦合到鎖相環(huán)的14腳，調(diào)節(jié)鎖相環(huán)的VCO固有振蕩頻率等于調(diào)頻信號載頻，鎖相環(huán)相位比較器產(chǎn)生的相位差在VCO輸入端產(chǎn)生與輸入信號頻率變化相應(yīng)的電壓變化，這個(gè)電壓變化經(jīng)鎖相環(huán)74HC4046內(nèi)部源跟隨器隔離后在壓控振蕩器的解調(diào)輸出端第10腳輸出FM解調(diào)信號。

1.5 印刷雙頻單極子天線

　　印刷天線是一種用微帶線和貼片作為輻射單元的特殊天線，不僅結(jié)構(gòu)較為簡單、體積結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕，而且易于集成和印刷到電路板上^[8]。如圖5所示的微帶雙頻單極子天線結(jié)構(gòu)中，右邊較長的一個(gè)振子臂對應(yīng)低頻帶：2.4G—2.55GHz頻段;左邊較短的一個(gè)振子臂對應(yīng)高頻帶：5.15G—5.82GHz頻段;單極子的這兩個(gè)臂分別印制在介質(zhì)板左右兩邊，中間是微帶饋線。介質(zhì)板選取介電常數(shù)為3.38，損耗正切值為0.0027，厚度為1.5mm的FR4材料。為了滿足對天線特性的要求，饋電點(diǎn)離單極子的距離為λ/4。具體的結(jié)構(gòu)尺寸主要通過仿真達(dá)到阻抗匹配目的來確定。采用電磁仿真軟件Ansoft HFSS建模仿真，圖6是S11回波損耗曲線圖，可以看出天線兩個(gè)頻段的中心頻率為：2.53G和5.38GHz，對應(yīng)的回波損耗值分別是-34.15dB和-38.35dB。

　　如圖7所示可以看出：微帶雙頻單極子天線在Phi=0度的輻射性較好，在Theta=0度和-180度方向性較好，增益達(dá)到1.5dB，其中H面具有一定的全向特性。

2 調(diào)制與解調(diào)測試波形圖

　　使用數(shù)字存儲示波器(TDS1000)對GMSK調(diào)制與解調(diào)器進(jìn)行測試。圖8(a)是隨機(jī)存儲的一段對數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制的輸出波形;圖8(b)是FX589將鎖相環(huán)的FM模擬解調(diào)信號進(jìn)行GMSK數(shù)字解調(diào)后的一段波形?？梢钥闯觯翰ㄐ蜗辔宦窂皆贛SK的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步平滑，它把相位路徑的尖角平滑掉了，因此頻譜特性相比FSK、MSK方式更佳。

3 結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)的無線調(diào)制解調(diào)器確保了無線測量控制系統(tǒng)的性能，其頻譜特性相比FSK等其它方式更佳，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)64kbps，遠(yuǎn)高于其它文獻(xiàn)所描述設(shè)計(jì)的無線調(diào)制解調(diào)器，且平面化印刷天線結(jié)構(gòu)也使得系統(tǒng)在價(jià)格成本和集成度上具有一定優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]戴連棟，王用紅，劉偉等，一種湖泊浮標(biāo)近距離無線調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)[J], 水利信息化，2014,39(1):39—42

　　[2]肖鐸,徐潔,杜鵬英，基于USB口的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器[J],電子技術(shù)應(yīng)用,2006,32(7):80—82

　　[3]吳硯愉，潘俊峰，劉雪芳，基于CMX469開發(fā)的無線調(diào)制解調(diào)器在遠(yuǎn)程統(tǒng)控防災(zāi)警報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]，機(jī)電工程技術(shù)，2012,41(8)：208—210

　　[4]喬國榮，孟曉明，基于C8051f340的短波無線調(diào)制解調(diào)器的研究[J]，遼寧師專學(xué)報(bào)，2012,14(4):100—102

　　[5]新華龍電子有限公司，C8051F320datasheet [EB/OL].[2010-8-25]，http://www.xhl.com.cn/CN/ProductShow/Search.aspx?cont=C8051F320

　　[6]CML，F(xiàn)X589 datasheet [EB/OL].[2011-12-25]. http://www.alldatasheet.com

　　[7] 車保川，屈百達(dá). 基于74HC4046新型頻率跟蹤電路的研究[J]，現(xiàn)代電子技術(shù), 2008(3)：188—190

　　[8] 李棟，石鑫，夏豐. 應(yīng)用于超寬帶通信的貼片六邊形單極子天線研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2009,9(4): 878-883